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MOS场效应晶体管的结构、工作原理
场效应晶体管有二种结构形式：
1.绝缘栅型场效应晶体管
又分增强型和耗尽型二类
2.结型场效应晶体管----只有耗尽型
场效应晶体管在集成电路中被广泛使用，绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)分为增强型和耗尽型两大类，每类中又有N沟道和P沟道之分。不象双极型晶体管只有NPN和PNP两类，场效应晶体管的种类要多一些。但是它们的工作原理基本相同，所以下面以增强型N沟道场效应晶体管为例来加以说明。
MOS场效应晶体管的结构、工作原理
N沟道增强型MOSFET
的结构示意图和符号见图
4.1。其中：
D(Drain)为漏极，相当c；
G(Gate)为栅极，相当b；
S(Source)为源极，相当e。
图4.1 N沟道增强型
MOSFET结构示意图（动画）
绝缘栅型场效应三极管MOSFET( Metal Oxide
Semiconductor FET)。分为
增强型 N沟道、P沟道
耗尽型 N沟道、P沟道
1 N沟道增强型MOSFET的结构
取一块P型半导体作为衬底，用B表示。
用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层。
然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。
扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。（绿色部分）
从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。
在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
N沟道增强型MOSFET的符号如左图所示。左面的一个衬底在内部与源极相连，右面的一个没有连接，使用时需要在外部连接。
动画2-3
2 N沟道增强型MOSFET的工作原理
对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行讨论，一是栅源电压UGS对沟道会产生影响，二是漏源电压UDS也会对沟道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流ID产生影响。
1．栅源电压UGS的控制作用
先令漏源电压UDS=0，加入栅源电压UGS以后并不断增加。
UGS带给栅极正电荷，会将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走，从而形成一层负离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。
同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷，若电子数量较多，从而在漏源之间可形成导电沟道。
沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反，称为反型层。此时若加上UDS ，就会有漏极电流ID产生。
反型层
显然改变UGS就会改变沟道，从而影响ID ，这说明UGS对ID的控制作用。
当UGS较小时，不能形成有
效的沟道，尽管加有UDS ，也不
能形成ID 。当增加UGS，使ID刚
刚出现时，对应的UGS称为开启
电压，用UGS(th)或UT表示。
动画2-4
2．漏源电压UDS的控制作用
设UGS＞UGS(th)，增加UDS，此时沟道的变化如下。
显然漏源电压会对沟道产生影响，因为源极和衬底相连接，所以加入UDS后， UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。所以加入UDS后，在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。
当UDS进一步增加时， ID会不断增加,同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出现夹断，这种状态称为预夹断。
预夹断
当UDS进一步增加时， 漏端的耗尽层向源极伸展，此时ID基本不再增加，增加的UDS基本上降落在夹断区。
动画2-5
3 N沟道增强型MOSFET的特性曲线
N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条，转移特性曲线和漏极输出特性曲线。
1)转移特性曲线
N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如左图所示，它是说明栅源电压UGS对漏极电流ID的控制关系，可用这个关系式来表达，这条特性曲线称为转移特性曲线。
转移特性曲线的斜率gm反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm称为跨导。这是场效应三极管的一个重要参数。
单位mS（mA/V）
2)漏极输出特性曲线
当UGS＞UGS(th)，且固定为某一值时，反映UDS对ID的影响，即ID=f(UDS) UGS=const这一关系曲线称为漏极输出特性曲线。
场效应三极管作为放大元件使用时，是工作在漏极输出特性曲线水平段的恒流区，从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改变UGS可以明显改变漏极电流ID，这就意味着输入电压对输出电流的控制作用。
曲线分五个区域：
（1）可变电阻区
（2）恒流区（放大区）
（3）截止区
（4）击穿区
（5）过损耗区
可变电阻区
截止区
击穿区
过损耗区
从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下：
4 N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如下图所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经感生出电子形成导电沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。
当UGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当UGS＞0时，将使ID进一步增加。UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如右上图所示。
夹断电压
IDSS
P沟道增强型MOSFET的结构和
工作原理
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道
MOSFET完全相同，只不过导电的载流
子不同，供电电压极性不同而已。这如
同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
关于场效应管符号的说明：
N沟道增强型MOS管，衬底箭头向里。漏、衬底和源、分开，表示零栅压时沟道不通。
表示衬底在内部没有与源极连接。
N沟道耗尽型MOS管。漏、衬底和源不断开表示零栅压时沟道已经连通。
N沟道结型MOS管。没有绝缘层。
如果是P沟道，箭头则向外。

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